Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Odstraňování poruch v třífázových sítích pomocí analyzátorů kvality sítě řady FLUKE 430

číslo 5/2005

Odstraňování poruch v třífázových sítích pomocí analyzátorů kvality sítě řady FLUKE 430

Miroslav Nedorost, Blue Panther, s. r. o.

Analýza třífázové elektrické sítě byla vždy považována za technicky složitou a ekonomicky nákladnou záležitost. Nyní se však díky pokročilým měřicím přístrojům, jakými jsou i analyzátory kvality sítě nové řady FLUKE 430, stalo její provádění v souladu s normami EN 50160 a IEC 61000-4-30 cenově dostupnějším a jednodušším.

Úvod

Tento článek popisuje některé základní typy poruch, které se vyskytují na výkonových rozvodných sítích, jejich příčiny a možnosti jejich zjišťování pomocí analyzátorů kvality sítě, jakož i způsoby jejich řešení či alespoň minimalizování jejich účinků na elektrické spotřebiče.

Obr. 1.

Obr. 1. Analyzátor kvality sítě řady FLUKE 430

1. Typické poruchy sítě a jejich příčiny

1.1 Přechodové jevy

Častou a takřka každodenní příčinou přechodových jevů v síti je přepínání, kterému se v praxi nelze vyhnout (obr. 3). Také vybavování tepelných pojistek v sítích nízkého napětí způsobuje znatelné napěťové špičky. Náhlá přerušení proudu vyvolávají napěťové špičky v řádu tisíců voltů. Znatelné rušivé efekty způsobují u výkonových měničů přechodové jevy, které obsahují ne příliš velké, ale zato pravidelné komutační špičky (šest i více za periodu).

V porovnání s dřívějšími technologiemi s relativně vysokým pracovním a řídícím napětím využívají moderní mikorelektronické součástky nižší hodnoty napětí (obvykle 5 V a méně). To je však činí citlivějšími na síťová rušení. Vedle účinků na elektronické součástky mohou přechodové jevy ovlivnit i data nebo řídicí obvody. Tak může např. napájení výkonového měniče ovlivnit datový kabel položený v jeho blízkosti, zkreslit přenášené datové pakety, významně zpomalit přenos dat a v konečném důsledku znemožnit datovou komunikaci. Při použití invertorů pulsu ovlivňují přechodové jevy i kmitočet časového signálu (i více než tisíckrát za sekundu).

Obr. 2.

Obr. 2. Analýza kvality sítě přístrojem řady FLUKE 430 v praxi

1.2 Nežádoucí harmonické složky

S rostoucím počtem průmyslových a spotřebitelských zařízení napájených přes usměrňovače (např. výkonové měniče pro regulované pohony, počítače, úsporné žárovky a téměř veškerá spotřební elektronika) roste i vliv nežádoucích vyšších harmonických složek ve výkonových sítích. Tento vliv není v současné době zanedbatelný, a nelze ho proto přehlížet. Napěťové a proudové charakteristiky těchto zařízení způsobují výkonová zkreslení, a to zejména vlivem 3. harmonické. Všechny již uvedené typy zátěže způsobují harmonická zkreslení, protože na usměrňovací kondenzátor přichází proud ve formě pulsů (obr. 4). Tyto pulsní průběhy proudu způsobují zploštění průběhu napětí, které se ve spektrální oblasti projevuje výskytem 5. a 7. harmonické napětí. 3. harmonická složka napětí je téměř zanedbatelná, protože 3. harmonická složka proudu je zkratována zapojením transformátoru do trojúhelníku. Navzdory očekávání je to nežádoucí jev, který např. na transformátoru 630 kV·A způsobí roční ztrátu až 60 000 korun. Navíc představuje velkou zátěž pro střední vodič, protože se přes něj vrací proud vyvolaný 3. harmonickou (obr. 5). Střední vodič často přehoří bez povšimnutí, přičemž vzniká nebezpečí požáru, a přehoření způsobí velký napěťový překmit, který může zničit připojené zařízení.

Obr. 3.

Obr. 3. Přechodové děje v síti

Dalším důsledkem působení vyšších harmonických je jejich vliv na kompenzační obvody (obr. 6), kdy dochází k zesilování harmonických složek, především vyšších řádů. Silný vliv harmonických složek na proud protékající kondenzátorem vede k jeho přehřátí (nebezpečí požáru) a následnému zničení. Zatížení způsobené vysokými úrovněmi harmonických složek lze omezovat tzv. inteligentními aktivními filtry, které jsou samonastavovací s potlačenou rezonancí. Je možné je kaskádně řadit a jednotlivé fáze nezávisle kompenzovat.

1.3 Meziharmonické složky

Vedle základních harmonických složek mohou být rozvodné sítě ovlivňovány také meziharmonickými složkami, které je proto třeba rovněž měřit. Meziharmonické složky jsou n-násobky základního kmitočtu (n je necelé číslo, např. 2,25) a vznikají působením modulovaných signálů a nelinearit směšovacích obvodů v elektronických součástech rozvodných sítí.

Obr. 4.

Obr. 4. Typický průběh proudu na usměrňovači a jeho spektrum

1.4 Fluktuace amplitudy napětí, poklesy amplitudy a flicker

Nárůst proudového zatížení systémů (např. řídicí jednotky výtahu) způsobuje krátkodobé efekty napěťové zpětné vazby, která se projevuje poklesy (obr. 7) nebo, v případě poklesu proudového zatížení, nárůsty amplitudy napětí. Poklesy nebo přerušení průběhu napětí v čase způsobují generování resetovacího příkazu na výstupech výkonové napájecí jednotky. Tyto změny v jedné nebo více periodách mají negativní vliv na mnoho zařízení (např. na řídicí systémy). Jsou-li fluktuace amplitudy napětí stálé (pravidelně nebo náhodně se opakující), označují se jako flicker – blikání. Objektivní měření flickeru je důležité z hlediska normy IEC61000-4-15, která definuje maximální dovolenou hodnotu pro krátkodobý flicker (Pst). Pst je hodnota měřená v intervalu 10 min a udává pravděpodobnost (trend), že fluktuace amplitudy napětí povedou k viditelnému blikání osvětlovacího spotřebiče. Hodnota 1 znamená, že blikání žárovky 60 W bude vnímat 50 % lidí. Tento test probíhá na několika modulačních kmitočtech (obr. 8). Vyhodnocení flickeru v souladu s normou je jedna věc, jeho lokalizace věc jiná. Cílem lokalizace je najít jeho zdroj – většinou proměnlivou zátěž.

Obr. 5.

Obr. 5. Proud procházející středním vodičem způsobený 3. harmonickou

Příklad lokalizace flickeru
Obyvatelé podlaží domu si stěžují na blikání osvětlení. Měřením byla stanovena hodnota Pst na 0,95. Pst < 1 vyhovuje normě, a není proto třeba činit žádná opatření. Nicméně mnoho lidí si stále stěžuje na blikání i četné výpadky domácích spotřebičů. Nyní je zapotřebí tento problém řešit, a to následujícím způsobem: Napěťová sonda FLUKE 434 se připojí na napájecí obvod. Průběh proudu na odbočkách je zaznamenáván proudovým senzorem. Pokud průběh napětí a proudu vykazuje stejný trend (pokles napětí způsobuje pokles proudu a naopak), zdroj fluktuací je na straně napájení. Šetření musí být vedeno o úroveň výš, nebo je třeba zkontrolovat sousední přípojky. Je-li trend průběhu proudu a napětí opačný (pokles napětí způsobuje nárůst proudu a naopak), zdroj fluktuace je na straně spotřebičů. Šetření musí být vedeno o úroveň níž. Stromová struktura rozvodných sítí dovoluje lokalizovat zdroj fluktuací rychle a přesně (obr. 9).

Obr. 6. Zobrazení výskytu vyšších harmonických
Obr. 7. Napěťový pokles o 40 % vlivem nárůstu proudu
Obr. 9. Průběh křivek indikujících zdroje flickeru

Obr. 6. Obr. 7. Obr. 9.

1.5 Rozvážení sítě

Za rozvážení sítě se považuje stav, kdy amplitudy napětí všech tří fází nejsou stejné nebo jejich vzájemný fázový posuv není 120°. Tento stav je obvykle způsoben nesymetrickým zatížením jednotlivých fází. Reálná složka zatěžovací impedance má vliv na amplitudu napětí, reaktanční složka ovlivňuje fázový posuv. Výsledkem je posunutí sledu fází a vznik proudů protékajících středním a zemnicím vodičem a následně také všemi vodivými částmi budovy, včetně např. stíněním datových kabelů.

Na obr. 10 je ukázána jednoduchost indikace rozvážení sítě analyzátorem kvality sítě FLUKE 430 – stačí pouze sledovat šipky indikátoru. Tabulka ve spodní části obrázku udává přesné hodnoty. Posloupnost fází se skládá ze tří složek:

  • kladné, tj. ve směru hodinových ručiček (mohou sloužit např. k rozběhu motoru),

  • záporné, tj. proti směru hodinových ručiček (mohou sloužit např. k brzdění motoru),

  • nulové (zatěžují střední vodič).

Obr. 8.

Obr. 8. Záznam flickeru na jednotlivých fázích

Cílem je omezit vliv záporné a nulové složky. Na displeji je zobrazován procentuální podíl záporné a nulové složky posloupnosti fází pro napětí a proud.

2. Ovládání a práce s FLUKE 430

Ovládání a práce s měřicími přístroji řady FLUKE 430 jsou velmi jednoduché. Stačí obepnout měřené vodiče proudu klešťovými proudovými převodníky a připojit napěťové sondy. Požadovaná funkce se spouští z menu přístroje.

Obr. 10.

Obr. 10. Zobrazení nevyváženosti sítě

Jedinečná je funkce AutoTrend, která poskytuje rychlý přehled o změnách signálu v čase bez nutnosti nastavovat přesné hodnoty překmitů a intervalů nebo ručního spouštění měření. Všechny měřené hodnoty jsou průběžně ukládány na pozadí do paměti, a proto je možné přepínat mezi zobrazením měřeného signálu a jeho parametrů a trendu, a dokonce používat zoom a kursory pro podrobnou analýzu. Funkce AutoTrend poskytuje velkou výhodu v tom, že nevyžaduje čas pro nastavování přístroje a spouštění zvláštního měření. Navíc jsou typ sítě (obr. 11) a připojovací body přehledně zobrazeny v menu přístroje.

3. Měření v souladu s normami

FLUKE 430 umožňuje měřit podle těchto norem:

  • EN 61010 Bezpečnostní požadavky na elektrická měřicí, řídicí a laboratorní zařízení (ochrana uživatele),

  • EN 61000-4-30 Elektromagnetická kompatibilita (EMC) – Část 4-30: Zkušební a měřicí technika – Metody měření kvality energie (způsob záznamu a ukládání dat do interní paměti přístroje),

  • EN 50160 Charakteristiky napětí elektrické energie dodávané z veřejné distribuční sítě (stanovuje požadovanou kvalitu napětí pro dodavatele).

Obr. 11.

Obr. 11. Výběr konfigurace soustavy

S monitorovací funkcí systému je měření v souladu s normami jednoduché – stačí stisknout jen jedno tlačítko. V seznamu událostí jsou uvedeny podrobné informace o měřeních, která nevyhověla stanovenému limitu (obr. 12).

4. Shrnutí vlastností přístrojů řady FLUKE 430

Přístroje FLUKE 433 a 434 byly navrženy jako profesionální měřicí přístroje pro použití v průmyslu, zdravotnictví, ve výpočetních střediscích a všude tam, kde je požadavek na kvalitu sítě velmi závažný. Jejich všestrannost, automatické funkce měření a záznamu a jednoduchost ovládání z nich činí ideální přístroje pro detekci poruch v třífázových elektrických soustavách. Lze jimi měřit všechny parametry rozvodných sítí (např. skutečné efektivní hodnoty napětí a proudu, kmitočtu, výkonu, spotřeby, rozvážení, flickeru aj.) v souladu s požadavky nejnovější evropské normy EN 61000-4-30. Analyzují podíl harmonických složek, automaticky zaznamenávají události (např. přechodové jevy trvající třeba jen 5 µs o velikosti až 6 kV či přerušení a rychlé fluktuace amplitudy napětí).

Obr. 12.

Obr. 12. Dialogová okna pro měření podle EN 50160

Jelikož byly navrženy pro použití v provozních podmínkách, jsou robustní a jejich bateriové napájení zajišťuje měření po dobu až 7 h. Disponují velkou pamětí pro ukládání dat, „pamatují si„ až 50 obrazovek a až deset měřených veličin zahrnujících 32 parametrů, včetně nastavení přístroje a zobrazení trendu. S použitím softwaru Fluke View umožňují přenos dat do počítače pro další analýzu nebo tvorbu protokolů. Oba modely nabízejí i funkce osciloskopu.

Přístroje řady FLUKE 430 navazují na přednosti jednofázového analyzátoru kvality sítě FLUKE 43B a sdružují vlastnosti třífázového analyzátoru kvality sítě, osciloskopu 20 MHz, multimetru a zapisovače. Analyzátory sítě FLUKE 43B, 433 a 434 pokrývají celou oblast aplikací od jednoduchých detektorů poruch sítě po ucelenou analýzu všech měřených parametrů sítě, a to za velmi příznivou cenu.

Blue Panther, s. r. o.
Na Schůdkách 10
143 00 Praha 4 – Modřany
tel.: 241 762 724
fax: 241 773 251
http://www.blue-panther.cz